ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СТРУКТУРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Известно, что растворы солей алюминия содержат диамагнитные ионы, которые, в отличие от парамагнитных (Бе, Со, N1), понижают вязкость раствора и обладают низкой степенью гидратации ионов [ 162-164].

Следует отметить, что изменение степени гидратации ионов и смачиваемости водой твердых поверхностей и макроскопических частиц [153, 165-168] оказывает значительное влияние на свойства раствора, что должно заметно сказаться на характере взаимодействия коллоидных частиц гидроксида и степени их агрегации. Дегидратированные первичные частицы гидроксида, как правило, обладают повышенной вероятностью взаимодействия друг с другом и способностью образовывать более прочный структурный каркас, противодействующий сжатию его в процессе сушки.

Результаты адсорбционно-структурных исследований гидроксидов, полученных в магнитном поле из 5, 10, 20 и 30 % растворов сернокислых солей алюминия, представлены в таблице 2.3 и на рисунке 2.6. Анализ полученных данных показывает, что структура образцов в зависимости от условий их синтеза в магнитном поле существенно отличается от структуры аналогичных образцов, синтезированных вне магнитного поля, а также от образцов, сформированных в магнитном поле, но при различной предварительной выдержке в нем солевого раствора.

Причина структурных различий заключается в том, что слабо гидратированные частицы гидроксида легко вступают во взаимодействие друг с другом на стадии их получения. При этом образующийся жесткий структурный каркас предотвращает изменение пористости гидроксидов в процессе сушки. Иначе говоря, образовавшаяся пористая структура с диамагнитными ионами определяется двумя факторами, один из которых зависит от напряженности магнитного поля и степени гидратации частиц, а второй - от характера их агрегации.

Поэтому чем выше напряженность магнитного поля и меньше гидратация частиц геля, тем выше степень их взаимодействия с образованием пористого твердого тела с более низкой емкостью поглощения и удельной поверхностью (рисунок 2.6).

Зависимость сорбционной емкости образцов гидроксида алюминия от напряженности магнитного поля

Рис. 2.6. Зависимость сорбционной емкости образцов гидроксида алюминия от напряженности магнитного поля

Уменьшение структурных параметров синтезируемых образцов обусловлено ростом числа контактов между частицами гидроксидов, а также наличием приконтактных зон, частично недоступных для молекул адсорбата. Наряду с этим следует отметить, что данный характер изменения структурных параметров получаемых образцов связан с увеличением дисперсности частиц гидроксида: чем меньше размер частиц, тем ниже структурные характеристики образцов.

Самойлов О.А. с соавторами [169-171] на основе представлений о структуре водных растворов показал, что катионы вокруг себя в растворе создают либо области с повышенной плотностью среднего размещения молекул воды (положительная гидратация), либо области с пониженной плотностью среднего размещения молекул воды (отрицательная гидратация). Анионы же распределяются в растворе преимущественно в областях с пониженной плотностью размещения молекул воды, т.е., главным образом, в свободной воде. Иначе говоря, рост гидратации катиона сопровождается вытеснением аниона из его окружения и во многом зависит от заряда катиона, его радиуса и строения электронной оболочки, а также от ряда параметров,определяющих состояние раствора (температура, давление и др.).

По существу, характеристикой гидратации ионов в растворе является различие состояния молекул воды в воде и воды вблизи иона, т.е. гидратация определяется в основном изменением свойств ближайших к иону молекул воды раствора по сравнению с чистой водой. Разрушение (ослабление) связей вода-вода должно приводить к увеличению гидратации, а образование (упрочнение) их, наоборот, к ослаблению гидратации.

Раствор в данном случае представляет собой, в некотором смысле, поле деятельности, на котором разыгрываются сложнейшие действия, определяющие не только механизм структурообразования получаемых гидроксидов, но и многие химические и биологические процессы.

Так, например, результаты исследования показывают, что сорбционная емкость и удельная поверхность образцов гидроксидов алюминия с увеличением напряженности магнитного поля уменьшаются по сравнению со структурными показателями контрольных образцов.

Причина этого связана, с одной стороны, с ростом вероятности положительных контактов частиц друг с другом, а с другой - с формированием более плотного структурного каркаса образца с низкой сорбционной емкостью и удельной поверхностью.

При этом характерно, что образцы гидроксидов, полученных вне магнитного поля, обладают более высокими структурными параметрами. Так, например, сравнение структурных параметров образцов гидроксида алюминия, полученного вне магнитного поля и образцов, синтезированных в магнитном поле различной напряженности, показывает, что емкость поглощения образцов с ростом напряженности магнитного поля непрерывно уменьшается.

Причина данных изменений, с одной стороны, связана с ростом деструкции структуры раствора, а с другой - с изменением степени гидратации ионов. Не исключено, что к данным факторам структурообразования гидроксидов подключаются и другие свойства омагниченного раствора, такие как сжимаемость и плотность, коэффициент диффузии растворенных веществ и т.д. , способствующие более полному и глубокому протеканию процессов, связанных с взаимодействием коллоидных частиц.

Таблица 2.3

Адсорбционно-структурные характеристики образцов гидроксида алюминия, синтезированного в магнитном поле различной напряженности

п.п.

Концентрация солевого раствора,%

Напряженность магнитного поля, мТл

У5, см3

Зуд, м2

і

5

-

0,340

89

2

5

47

0,330

99

3

5

68

0,320

79

4

5

115

0,300

68

5

5

200

0,278

63

6

10

-

0,368

115

7

10

47

0,351

103

8

10

68

0,350

98

9

10

115

0,310

82

10

10

200

0,288

79

11

20

-

0,400

132

12

20

47

0,370

122

13

20

68

0,360

115

14

20

115

0,330

91

15

20

200

0,300

84

16

30

-

0,405

159

17

30

47

0,395

142

18

30

68

0,382

130

19

30

115

0,339

104

20

30

200

0,340

84

21[1]

30

200

0,480

171

В данном случае не исключено, что взаимодействие между частицами гидроксидов выше, чем их взаимодействие с молекулами воды, что способствует более плотной их объемной упаковке, т.е. формированию пористых тел с меньшей сорбционной емкостью. Это уже само по себе существенно усиливает процесс структурообразования гидроксидов.

Наоборот, с уменьшением напряженности магнитного поля процесс формирования пористой структуры гидроксидов смещается в сторону структуры контрольного образца. Причина увеличения структурных параметров полученных образцов , очевидно, связана с ростом гидратации ионов, ростом размера частиц, а также приближением параметров омаг-ниченного солевого раствора к аналогичным показателям исходного раствора. Суммарный эффект действия данных факторов и определяет пористость образца при уменьшении напряженности магнитного поля в процессе его синтеза.

В заключение хотелось бы отметить, что синтез гидроксидов с диамагнитными ионами не способствует развитию пористой структуры, а наоборот, направлен на формирование пористых материалов с более низкими структурными параметрами. Причин здесь несколько, но главная из них заключается в том, что действие магнитного поля направлено на дестабилизацию коллоидных частиц и рост числа их взаимных контактов.

  • [1] - образец промыт ацетоном Напряженность магнитного поля, как следует из адсорбционноструктурных данных полученных гидроксидов, оказывает заметное влияние на их структурные параметры. Во-первых, наблюдается линейное падение емкости поглощения образцов с ростом напряженности магнитного поля, что, на наш взгляд, связанно с уменьшением степени гидратации ионов и изменением структуры раствора. Во-вторых, не исключено, что на процесс структурообразования гидроксидов оказывают влияние и свойства самого раствора, вязкость которого в случае слабогидратиро-ванных ионов ниже вязкости чистой воды. В данном случае структура гидроксида при сушке не испытывает сильного деструктивного действия вследствие уменьшения поверхностного натяжения интермицелярной жидкости (воды).
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >